JP2010013341A - エピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの表面のみにエピタキシャル膜を成長させた際に、ウェーハの反りを低減可能で、かつ高いイントリンシックゲッタリング能力も得られるエピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】直径が４５０ｍｍ、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上の大口径で高抵抗のシリコンウェーハに、インゴット引き上げ時の溶融液への窒素、炭素、またはその両方の導入によりイントリンシックゲッタリング機能を付与した。これにより、エピタキシャル膜１２の成長後、シリコンウェーハ１１に大きな反りが発生しにくい。その結果、エピタキシャルシリコンウェーハ１０の反りを低減でき、しかも高いイントリンシックゲッタリング能力が得られる。
【選択図】図１
【解決手段】直径が４５０ｍｍ、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上の大口径で高抵抗のシリコンウェーハに、インゴット引き上げ時の溶融液への窒素、炭素、またはその両方の導入によりイントリンシックゲッタリング機能を付与した。これにより、エピタキシャル膜１２の成長後、シリコンウェーハ１１に大きな反りが発生しにくい。その結果、エピタキシャルシリコンウェーハ１０の反りを低減でき、しかも高いイントリンシックゲッタリング能力が得られる。
【選択図】図１
Description
この発明は、表面（片面）のみにエピタキシャル膜を有したエピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法に関する。
シリコンウェーハの製造は、まずＣＺ（チョクラルスキー）法により単結晶インゴット（シリコン単結晶）を引き上げ、このインゴットに対してスライス、面取り、ラッピング、エッチング、鏡面研磨、洗浄などの各工程を施すことで行われている。しかしながら、ウェーハの大口径化が進むほど、単結晶インゴットおよびシリコンウェーハには、インゴット引き上げにおける技術的問題、歩留まりなどの理由により無欠陥結晶（ＣＯＰフリー結晶）を製造することが困難になると予想される。
そこで、今後は、デバイスが形成されるウェーハ表面の無欠陥化を図るため、例えば特許文献１に開示されたような気相エピタキシャル法を利用し、例えば４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの表面（鏡面）にエピタキシャル膜を成長させる方法が主流になると考えられる。
そこで、今後は、デバイスが形成されるウェーハ表面の無欠陥化を図るため、例えば特許文献１に開示されたような気相エピタキシャル法を利用し、例えば４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの表面（鏡面）にエピタキシャル膜を成長させる方法が主流になると考えられる。
しかしながら、エピタキシャルシリコンウェーハにおいては、バルクウェーハ（シリコンウェーハ）とエピタキシャル膜とが異素材の場合や、バルクウェーハとエピタキシャル膜とに含有されるドーパント濃度が異なる場合に、次の問題が生じる。すなわち、バルクウェーハを形成する原子の格子定数とエピタキシャル膜を形成する原子の格子定数とが異なるので、シリコンウェーハ、ひいてはエピタキシャルシリコンウェーハに反りが発生し易くなる。この反りは、ウェーハの大口径化に伴って増大する（特許文献１）。
そこで、例えばシリコンウェーハとして、ボロン濃度が２．７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の高抵抗ボロンドープ単結晶インゴット（比抵抗０．１Ω・ｃｍ以上）から得られたものを採用することが考えられる。こうすれば、バルクウェーハの原子半径とエピタキシャル膜の原子半径との違いによる応力が小さくなり、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を成長させても、ウェーハの大きな反りは発生しにくくなる。しかも、低ボロン濃度のウェーハにエピタキシャル膜を成長させるので、ドーパントがウェーハ裏面から外方拡散し、デバイス形成面のエピタキシャル膜への回り込みで生じるオートドープ現象も抑えられる。また、ウェーハ内部のボロンはイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）の成長核となることが知られている。しかしながら、高ボロン濃度のウェーハに比べて、低ボロン濃度のウェーハのイントリンシックゲッタリング能力は低い。
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、エピタキシャルシリコンウェーハにおいて、直径が４５０ｍｍ以上で、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上（高抵抗）のシリコンウェーハに、何らかのイントリンシックゲッタリング機能を付与すればよいことに想到した。こうすれば、片面エピタキシャル成長がなされたウェーハであっても、ウェーハに大きい反りは発生しにくく、かつ高いイントリンシックゲッタリング能力が得られることを知見し、この発明を完成させた。
この発明は、４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの表面のみにエピタキシャル膜を成長させた際に、ウェーハの反りを低減することができ、かつ高いイントリンシックゲッタリング能力も得ることができるエピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法を提供することを目的としている。
請求項１に記載の発明は、ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶を加工して得られた直径が４５０ｍｍ以上、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上のシリコンウェーハの表面のみに、エピタキシャル膜を成長させたエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記シリコンウェーハが、イントリンシックゲッタリング機能を有したエピタキシャルシリコンウェーハである。
請求項１に記載の発明によれば、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上の高抵抗で、直径が４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハに、イントリンシックゲッタリング機能を付与したので、直径が４５０ｍｍ以上という大口径ウェーハであっても、エピタキシャル膜の成長後、ウェーハに大きな反りが発生しにくく、かつ高いイントリンシックゲッタリング能力を得ることができる。
シリコンウェーハの口径は、４５０ｍｍ以上であれば任意である。
エピタキシャル膜の素材は、ウェーハと同じ単結晶シリコンを採用することができる。または、ウェーハと異なる例えばガリウム・ヒ素等でもよい。
エピタキシャル膜の厚さは、例えばバイポーラデバイス用やパワーデバイス用で数μｍ〜１５０μｍ、ＭＯＳデバイス用では１０μｍ以下である。
エピタキシャル膜の素材は、ウェーハと同じ単結晶シリコンを採用することができる。または、ウェーハと異なる例えばガリウム・ヒ素等でもよい。
エピタキシャル膜の厚さは、例えばバイポーラデバイス用やパワーデバイス用で数μｍ〜１５０μｍ、ＭＯＳデバイス用では１０μｍ以下である。
エピタキシャル法としては、気相エピタキシャル法、液相エピタキシャル法、固相エピタキシャル法の何れを採用してもよい。このうち、気相エピタキシャル法としては、例えば常圧気相エピタキシャル法、減圧気相エピタキシャル法、有機金属気相エピタキシャル法などを採用することができる。気相エピタキシャル法では、例えばエピタキシャルシリコンウェーハを横置き状態（表裏面が水平な状態）でウェーハ収納部に収納する、平面視して円形で、ウェーハが１枚載置可能なサセプタが使用される。気相エピタキシャル法は、シリコンウェーハと同じ素材をエピタキシャル成長させるホモエピタキシでも、ウェーハと異なる素材（ＧａＡｓなど）をエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシでもよい。
気相エピタキシャル成長装置としては、シリコンウェーハの一方の面のみにエピタキシャル膜を成長可能な片面気相エピタキシャル成長装置であれば、その構造は任意である。気相エピタキシャル成長装置は、枚葉型のものでも、複数枚のシリコンウェーハを同時に処理可能なパンケーキ型、バレル型、ホットウォール型、クラスタ型でもよい。
シリコンウェーハにイントリンシックゲッタリング機能を付与する方法としては、例えば、溶融液（シリコン）に対する１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素のドープ、溶融液に対する１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素のドープを採用することができる。
シリコンウェーハにイントリンシックゲッタリング機能を付与する方法としては、例えば、溶融液（シリコン）に対する１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素のドープ、溶融液に対する１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素のドープを採用することができる。
請求項２に記載の発明は、前記シリコンウェーハは、１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素と、１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素とのうち、少なくとも１つを含む請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハである。
請求項２に記載の発明によれば、シリコンウェーハが、１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素、１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素、窒素元素と炭素元素との両方のうち、何れか１つを含む。これにより、エピタキシャル膜の成長後、ウェーハに大きな反りが発生しにくい。その結果、ウェーハの反りを低減できるとともに、高いイントリンシックゲッタリング能力を得ることができる。
請求項３に記載の発明は、ＣＺ法によりルツボ内の溶融液から引き上げられたシリコン単結晶から得られた比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上、直径が４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハの表面のみに、エピタキシャル膜を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、（１）前記溶融液への１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素のドープ、（２）前記溶融液への１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素のドープの少なくとも１つを行うことで、前記シリコンウェーハにイントリンシックゲッタリング機能を付与するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
請求項３に記載の発明によれば、直径が４５０ｍｍ以上、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上の高抵抗の大口径シリコンウェーハに、イントリンシックゲッタリング機能を付与する。具体的には、シリコンの溶融液への１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素のドープ、この溶融液への１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素のドープ、窒素元素と炭素元素との両方のドープの少なくとも１つを行う。これにより、エピタキシャル膜の成長後、ウェーハに大きな反りが発生しにくい。その結果、ウェーハの反りを低減できるとともに、高いイントリンシックゲッタリング能力を得ることができる。
シリコンウェーハの比抵抗を高める方法としては、インゴット引き上げ時、ルツボ内のシリコンの溶融液中に、例えばボロン、リンなどのドーパントを添加する方法を採用することができる。その他、砒素・アンチモンなどの添加でもよい。
溶融液への窒素元素のドープ量が１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であれば、内部析出不足によりゲッタリング能力不足という不都合が生じる。また、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えれば、内部析出過多によるエピタキシャル膜への欠陥突き抜けという不都合が生じる。
溶融液への窒素元素のドープ量が１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であれば、内部析出不足によりゲッタリング能力不足という不都合が生じる。また、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えれば、内部析出過多によるエピタキシャル膜への欠陥突き抜けという不都合が生じる。
溶融液への炭素元素のドープ量が１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であれば、ゲッタリング能力不足という不都合が生じる。また、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えれば、エピタキシャル膜質の劣化という不都合が生じる。
請求項４に記載の発明は、前記エピタキシャル膜の成長後、該エピタキシャル膜の表面と前記シリコンウェーハの裏面とを同時に研磨する請求項３に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
請求項４に記載の発明によれば、エピタキシャル膜の成長後、エピタキシャル膜の表面とシリコンウェーハの裏面とを同時に研磨するので、エピタキシャルシリコンウェーハの両面の平坦度を高めることができる。しかも、ウェーハ両面のエピタキシャル膜の研磨工程に要する時間を短縮し、生産性を高めることができる。
エピタキシャルシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する方法としては、上面に研磨布が展張された下定盤と、下面に研磨布が展張された上定盤との間で、エピタキシャルシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する枚葉式の両面研磨方法を採用することができる。また、研磨布付きの下定盤と研磨布付きの上定盤との間で、ウェーハ保持孔にエピタキシャルシリコンウェーハが収納されたキャリアプレートに対して、自転を伴わない円運動をさせるサンギヤレスの両面研磨方法を採用してもよい。
請求項１および請求項３に記載の発明によれば、直径が４５０ｍｍ以上、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上の大口径で高抵抗のシリコンウェーハに、イントリンシックゲッタリング機能を付与したので、エピタキシャル膜の成長後、ウェーハに大きな反りが発生しにくい。その結果、エピタキシャルシリコンウェーハの反りを低減できるとともに、高いイントリンシックゲッタリング能力を得ることができる。
特に、請求項４に記載の発明によれば、エピタキシャル膜の成長後、エピタキシャル膜の表面とシリコンウェーハの裏面とを同時に研磨するので、エピタキシャルシリコンウェーハの両面の平坦度を高めることができるとともに、ウェーハ両面のエピタキシャル膜の研磨工程に要する時間を短縮し、生産性を高めることができる。
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
図１において、１０はこの発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハである。エピタキシャルシリコンウェーハ１０は、ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶を加工して得られた直径が４５０ｍｍ、ボロンドープによる比抵抗が１．０Ω・ｃｍのシリコンウェーハ１１を本体とする。エピタキシャルシリコンウェーハ１０は、シリコンウェーハ１１の表面のみに、気相エピタキシャル法により単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜１２が成長された２層構造のウェーハである。シリコンウェーハ１１には、イントリンシックゲッタリング機能を付与するため、窒素元素が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３でドープされている。
以下、図２のフローシートに基づき、この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明する。
図２のフローシートに示すように、シリコンウェーハ１１は、坩堝内でボロンが所定量ドープされたシリコンの溶融液から、ＣＺ法により単結晶シリコンインゴットの引き上げ（Ｓ１００）、その後、インゴットを多数枚のウェーハにスライス（Ｓ１０１）し、各ウェーハに対して順に面取り（Ｓ１０２）、ラッピング（Ｓ１０３）、エッチング（Ｓ１０４）、両面研磨（Ｓ１０５）を施して作製される。
次に、シリコンウェーハ１１の表面には、気相エピタキシャル法によりエピタキシャル膜１２が成長される（Ｓ１０６）。その後、エピタキシャル膜１２の表面とシリコンウェーハ１１の裏面とを同時研磨（Ｓ１０７）する。こうして、エピタキシャルシリコンウェーハ１０が作製される（Ｓ１０８）。
図２のフローシートに示すように、シリコンウェーハ１１は、坩堝内でボロンが所定量ドープされたシリコンの溶融液から、ＣＺ法により単結晶シリコンインゴットの引き上げ（Ｓ１００）、その後、インゴットを多数枚のウェーハにスライス（Ｓ１０１）し、各ウェーハに対して順に面取り（Ｓ１０２）、ラッピング（Ｓ１０３）、エッチング（Ｓ１０４）、両面研磨（Ｓ１０５）を施して作製される。
次に、シリコンウェーハ１１の表面には、気相エピタキシャル法によりエピタキシャル膜１２が成長される（Ｓ１０６）。その後、エピタキシャル膜１２の表面とシリコンウェーハ１１の裏面とを同時研磨（Ｓ１０７）する。こうして、エピタキシャルシリコンウェーハ１０が作製される（Ｓ１０８）。
以下、各工程を具体的に説明する。
インゴットの引き上げ工程（Ｓ１００）では、図３に示す結晶成長装置を用いてシリコン単結晶が成長される。製造されるシリコン単結晶の直胴部の直径は、４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な４７０ｍｍである。
図３において、４０はこの発明の実施例１に係るシリコン単結晶成長装置（以下、結晶成長装置）である。この結晶成長装置４０は、中空円筒形状のチャンバ４１を備えている。チャンバ４１は、メインチャンバ４２と、メインチャンバ４２上に連設固定され、メインチャンバ４２より小径なプルチャンバ４３とからなる。メインチャンバ４２内の中心部には、ルツボ４４が、回転および昇降が可能な支持軸（ペディスタル）４５の上に固定されている。ルツボ４４は、内側の石英ルツボ４６と外側の黒鉛ルツボ４７を組み合わせた二重構造である。
インゴットの引き上げ工程（Ｓ１００）では、図３に示す結晶成長装置を用いてシリコン単結晶が成長される。製造されるシリコン単結晶の直胴部の直径は、４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な４７０ｍｍである。
図３において、４０はこの発明の実施例１に係るシリコン単結晶成長装置（以下、結晶成長装置）である。この結晶成長装置４０は、中空円筒形状のチャンバ４１を備えている。チャンバ４１は、メインチャンバ４２と、メインチャンバ４２上に連設固定され、メインチャンバ４２より小径なプルチャンバ４３とからなる。メインチャンバ４２内の中心部には、ルツボ４４が、回転および昇降が可能な支持軸（ペディスタル）４５の上に固定されている。ルツボ４４は、内側の石英ルツボ４６と外側の黒鉛ルツボ４７を組み合わせた二重構造である。
ルツボ４４の外側には、加熱抵抗式のヒータ５１がルツボ４４の壁部と同心円状に配置されている。ヒータ５１の外側には、円筒状の保温筒５２がメインチャンバ４２の周側壁内面に沿って配置されている。メインチャンバ４２の底面上には、円形の保温板５３が配置されている。
ルツボ４４の中心線上には、支持軸４５と同一軸心で回転および昇降が可能な引き上げ軸（ワイヤでも可能）５５が、プルチャンバ４３を通って吊設されている。引き上げ軸５５の下端には、種結晶Ｃが装着されている。
ルツボ４４の中心線上には、支持軸４５と同一軸心で回転および昇降が可能な引き上げ軸（ワイヤでも可能）５５が、プルチャンバ４３を通って吊設されている。引き上げ軸５５の下端には、種結晶Ｃが装着されている。
次に、この結晶成長装置４０を用いたシリコン単結晶成長方法を具体的に説明する。
ルツボ４４内に結晶用シリコン原料および不純物としてのボロンを、シリコン単結晶Ｓの比抵抗が１．０Ω・ｃｍとなる分量だけ投入する。チャンバ４１内を２５Ｔｏｒｒに減圧し、１００Ｌ／ｍｉｎの窒素ガスを含むアルゴンガスを導入する。次に、ルツボ４４内の投入物をヒータ５１により溶解し、ルツボ４４内に溶融液５６を形成する。
次に、引き上げ軸５５の下端に装着された種結晶Ｃを溶融液５６に浸漬し、ルツボ４４および引き上げ軸５５を互いに逆方向へ回転させつつ、引き上げ軸５５を軸方向に引き上げ、種結晶Ｃの下方にシリコン単結晶Ｓを成長させる。これにより、窒素元素が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ボロンドープによる比抵抗が１．０Ω・ｃｍのシリコン単結晶（インゴット）Ｓが得られる。
ルツボ４４内に結晶用シリコン原料および不純物としてのボロンを、シリコン単結晶Ｓの比抵抗が１．０Ω・ｃｍとなる分量だけ投入する。チャンバ４１内を２５Ｔｏｒｒに減圧し、１００Ｌ／ｍｉｎの窒素ガスを含むアルゴンガスを導入する。次に、ルツボ４４内の投入物をヒータ５１により溶解し、ルツボ４４内に溶融液５６を形成する。
次に、引き上げ軸５５の下端に装着された種結晶Ｃを溶融液５６に浸漬し、ルツボ４４および引き上げ軸５５を互いに逆方向へ回転させつつ、引き上げ軸５５を軸方向に引き上げ、種結晶Ｃの下方にシリコン単結晶Ｓを成長させる。これにより、窒素元素が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ボロンドープによる比抵抗が１．０Ω・ｃｍのシリコン単結晶（インゴット）Ｓが得られる。
スライス工程（Ｓ１０１）では、側面視して三角形状に配置された３本のグルーブローラにワイヤを巻掛けたワイヤソーが用いられる。このワイヤソーによりシリコン単結晶Ｓから多数枚のシリコンウェーハ１１がスライスされる。
この後の面取り工程（Ｓ１０２）では、回転中の面取り用砥石をシリコンウェーハ１１の外周部に押し付けて面取りする。
ラッピング工程（Ｓ１０３）では、両面ラッピング装置によりシリコンウェーハ１１の両面を同時にラッピングする。すなわち、シリコンウェーハ１１の両面を所定速度で回転中の上下のラップ定盤間でラッピングする。
エッチング工程（Ｓ１０４）では、エッチング槽に貯留された酸性エッチング液にラッピング後のシリコンウェーハ１１を浸漬してエッチングし、面取りおよびラッピングによるダメージを除去する。
この後の面取り工程（Ｓ１０２）では、回転中の面取り用砥石をシリコンウェーハ１１の外周部に押し付けて面取りする。
ラッピング工程（Ｓ１０３）では、両面ラッピング装置によりシリコンウェーハ１１の両面を同時にラッピングする。すなわち、シリコンウェーハ１１の両面を所定速度で回転中の上下のラップ定盤間でラッピングする。
エッチング工程（Ｓ１０４）では、エッチング槽に貯留された酸性エッチング液にラッピング後のシリコンウェーハ１１を浸漬してエッチングし、面取りおよびラッピングによるダメージを除去する。
両面研磨工程（Ｓ１０５）では、サンギヤレスの両面研磨装置を用い、シリコンウェーハ１１の両面を同時に鏡面研磨する。
以下、図４および図５を参照して、サンギヤレス構造の両面研磨装置の構造を具体的に説明する。
図４および図５に示すように、上定盤１２０は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転駆動される。また、上定盤１２０は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。昇降装置１８は、エピタキシャルシリコンウェーハ１１をキャリアプレート１１０に給排する際等に使用される。なお、上定盤１２０および下定盤１３０のエピタキシャルシリコンウェーハ１１の表裏両面に対する押圧は、上定盤１２０および下定盤１３０に組み込まれた図示しないエアバック方式等の加圧手段により行われる。下定盤１３０は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。このキャリアプレート１１０は、そのプレート１１０自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１０の表面と平行な面（水平面）内で円運動する。
以下、図４および図５を参照して、サンギヤレス構造の両面研磨装置の構造を具体的に説明する。
図４および図５に示すように、上定盤１２０は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転駆動される。また、上定盤１２０は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。昇降装置１８は、エピタキシャルシリコンウェーハ１１をキャリアプレート１１０に給排する際等に使用される。なお、上定盤１２０および下定盤１３０のエピタキシャルシリコンウェーハ１１の表裏両面に対する押圧は、上定盤１２０および下定盤１３０に組み込まれた図示しないエアバック方式等の加圧手段により行われる。下定盤１３０は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。このキャリアプレート１１０は、そのプレート１１０自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１０の表面と平行な面（水平面）内で円運動する。
キャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１０を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。キャリア円運動機構１９とキャリアホルダ２０とは、連結構造を介して連結されている。
キャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる。
キャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる。
これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。ギヤ２８は、円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。
したがって、円運動用モータ２９を起動すれば、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達される。タイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１０が、このプレート１１０に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１０は、上定盤１２０および下定盤１３０の軸線ｅから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。両定盤１２０，１３０の各対向面には、研磨布１５が展張されている。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１０上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。これにより、キャリアプレート１１０に形成されたウェーハ収納部１１ａに収納されたシリコンウェーハ１１が両面研磨される。
したがって、円運動用モータ２９を起動すれば、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達される。タイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１０が、このプレート１１０に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１０は、上定盤１２０および下定盤１３０の軸線ｅから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。両定盤１２０，１３０の各対向面には、研磨布１５が展張されている。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１０上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。これにより、キャリアプレート１１０に形成されたウェーハ収納部１１ａに収納されたシリコンウェーハ１１が両面研磨される。
次に、図６を参照して、枚葉式の気相エピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャル成長工程（Ｓ１０６）を具体的に説明する。
図６に示すように、気相エピタキシャル成長装置６０は、上下にヒータが配設されたチャンバの中央部に、平面視して円形で、シリコンウェーハ１１が１枚載置できるサセプタ６１が水平配置されたものである。サセプタ６１は、カーボン製の基材をＳｉＣによりコーティングしたものである。
サセプタ６１の上面の内周部には、シリコンウェーハ１１を横置き状態（表裏面が水平な状態）で収納する凹形状のザグリ（ウェーハ収納部）６２が形成されている。ザグリ６２は、周壁６２ａと、幅６ｍｍの平面視して環状の段差６２ｂと、底板（ザグリの底壁面）６２ｃとからなる。
チャンバの一側部には、チャンバの上部空間に、所定のキャリアガス（Ｈ２ガス）と所定のソースガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）とを、ウェーハ表面に対して平行に流すガス供給口が配設されている。また、チャンバの他側部には、ガスの排気口が形成されている。
図６に示すように、気相エピタキシャル成長装置６０は、上下にヒータが配設されたチャンバの中央部に、平面視して円形で、シリコンウェーハ１１が１枚載置できるサセプタ６１が水平配置されたものである。サセプタ６１は、カーボン製の基材をＳｉＣによりコーティングしたものである。
サセプタ６１の上面の内周部には、シリコンウェーハ１１を横置き状態（表裏面が水平な状態）で収納する凹形状のザグリ（ウェーハ収納部）６２が形成されている。ザグリ６２は、周壁６２ａと、幅６ｍｍの平面視して環状の段差６２ｂと、底板（ザグリの底壁面）６２ｃとからなる。
チャンバの一側部には、チャンバの上部空間に、所定のキャリアガス（Ｈ２ガス）と所定のソースガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）とを、ウェーハ表面に対して平行に流すガス供給口が配設されている。また、チャンバの他側部には、ガスの排気口が形成されている。
エピタキシャル成長時には、シリコンウェーハ１１をザグリ６２に、ウェーハ表裏面を水平にして横置きする。次に、シリコンウェーハ１１の表面にエピタキシャル膜１２を成長させる。すなわち、キャリアガスとソースガスとを、対応するガス供給口を通して反応室へ導入する。炉内圧力を１００±２０ＫＰａとし、１０００℃〜１１５０℃の高温に熱せられたシリコンウェーハ１１上に、ソースガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを、反応速度３．５〜４．５μｍ／分で析出させる。これにより、シリコンウェーハ１１の表面上にシリコン単結晶の厚さ１０μｍ程度のエピタキシャル膜１２が成長される。こうして、エピタキシャルシリコンウェーハ１０が作製される。
続くエピタキシャルシリコンウェーハ１０の同時研磨工程（Ｓ１０７）では、両面研磨工程（Ｓ１０５）で使用したサンギヤレス構造の両面研磨装置を用い、エピタキシャル膜１２の表面とシリコンウェーハ１１の裏面とを同時に鏡面研磨する。こうして、エピタキシャルシリコンウェーハ１０が作製される（Ｓ１０８）。
このように、比抵抗が０．１Ω・ｃｍで、直径が４５０ｍｍのシリコンウェーハ１１に、イントリンシックゲッタリング機能を付与した。そのため、直径が４５０ｍｍという大口径のシリコンウェーハ１１であっても、エピタキシャル膜１２の成長時、バルクウェーハ１１の原子半径とエピタキシャル膜１２の原子半径との違いによる応力は小さくなる。これにより、デバイスが形成されるウェーハ表面のみにエピタキシャル膜１２を成長させても、シリコンウェーハ１１、ひいてはエピタキシャルシリコンウェーハ１０の大きな反りは発生しにくい。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハ１０の反りを低減可能である。しかも、低ボロン濃度のシリコンウェーハ１１にエピタキシャル膜１２を成長させるので、ドーパントがウェーハ裏面から外方拡散し、デバイスが形成されるエピタキシャル膜１２へ回り込むことで生じるオートドープ現象も抑えられる。
シリコンウェーハ１１には、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素がドープされている。その結果、シリコンウェーハ１１はボロン濃度が低い高抵抗ウェーハであるにも拘わらず、高いイントリンシックゲッタリング能力を有している。
また、エピタキシャル成長工程後には、サンギヤレス構造の両面研磨装置を用いて、エピタキシャル膜１２の表面とシリコンウェーハ１１の裏面とを同時に研磨する。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハ１０の平坦度を高めることができるとともに、研磨に要する時間を短縮し、生産性を高めることができる。
また、エピタキシャル成長工程後には、サンギヤレス構造の両面研磨装置を用いて、エピタキシャル膜１２の表面とシリコンウェーハ１１の裏面とを同時に研磨する。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハ１０の平坦度を高めることができるとともに、研磨に要する時間を短縮し、生産性を高めることができる。
なお、エピタキシャル膜１２の表面とシリコンウェーハ１１の裏面とは、同時に研磨しなくても片面ずつ研磨してもよい。
実施例１では、シリコンウェーハ１１へのイントリンシックゲッタリング機能を付与する方法として、溶融液５６に対する１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素のドープを採用したが、これに代えて、溶融液５６中に１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となる分量の炭素粉末を添加する方法を採用してもよい。また、窒素ドープと炭素ドープの両方を施してもよい。
実施例１では、シリコンウェーハ１１へのイントリンシックゲッタリング機能を付与する方法として、溶融液５６に対する１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素のドープを採用したが、これに代えて、溶融液５６中に１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となる分量の炭素粉末を添加する方法を採用してもよい。また、窒素ドープと炭素ドープの両方を施してもよい。
１０ エピタキシャルシリコンウェーハ、
１１ シリコンウェーハ、
１２ エピタキシャル膜、
４４ ルツボ、
５６ 溶融液、
Ｓ シリコン単結晶。
１１ シリコンウェーハ、
１２ エピタキシャル膜、
４４ ルツボ、
５６ 溶融液、
Ｓ シリコン単結晶。
Claims (4)
- ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶を加工して得られた直径が４５０ｍｍ以上、比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上のシリコンウェーハの表面のみに、エピタキシャル膜を成長させたエピタキシャルシリコンウェーハであって、
前記シリコンウェーハが、イントリンシックゲッタリング機能を有したエピタキシャルシリコンウェーハ。 - 前記シリコンウェーハは、１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素と、１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素とのうち、少なくとも１つを含む請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
- ＣＺ法によりルツボ内の溶融液から引き上げられたシリコン単結晶から得られた比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以上、直径が４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハの表面のみに、エピタキシャル膜を成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
（１）前記溶融液への１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素元素のドープ、
（２）前記溶融液への１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素元素のドープの少なくとも１つを行うことで、前記シリコンウェーハにイントリンシックゲッタリング機能を付与するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。 - 前記エピタキシャル膜の成長後、該エピタキシャル膜の表面と前記シリコンウェーハの裏面とを同時に研磨する請求項３に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
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